En su interior alberga un conjunto de retablos renacentistas y barrocos de gran valor artístico, entre los que destacan el de la capilla de San Ildefonso (1509, donación de Alonso de Fuentes, ampudiano, Provisor de la catedral de Burgos) obra probable de Juan Ortiz el Viejo I; el de Santa Ana (1515) atribuido a Vasco de la Zarza, donación del ampudiano Alfonso Martín Castrillo, Chantre de la catedral de Ávila; el llamado de la Virgen del Populo en la nave del Evangelio (hacia 1512), donación de Fray Pascual de la Fuensanta, ampudiano que llegó a ser obispo de Burgos; o el retablo mayor de la primera mitad del siglo XVII (iniciado en 1621, terminado en 1651) en el que trabajaron los escultores Diego de Basoco y Pablo de Freiría.
Aparte de estos retablos destacan algunas otras piezas singulares como el púlpito y crucificado atribuidos a Alejo de Vahía (siglo XV), los sepulcros de Don Pedro García de Herrera y su mujer María de Ayala (segunda mitad del siglo XV) restaurados en 2007, o el magnífico órgano barroco construido en 1779 por Tadeo Ortega (restaurado en 1993 y 2007)..
La torre, de 63 metros de altura, se compone de siete tramos separados por impostas y muestra dos niveles claramente diferenciados: un cuerpo de aspecto macizo en la base con puertas y ventanales cegados, que sin duda fue la construcción más antigua, proyectada desde 1509, y la linterna superior, con profusión de candelabros, cresterías y adornos, que debió de proyectarse más tarde. Sabemos que desde 1541 el arquitecto Juan de Escalante trabajaba en esta linterna con colaboración de Gaspar de Solórzano, que hacia 1549 estaba prácticamente terminada y que todavía en 1561 se saldaban cuentas pendientes con Escalante..La linterna ha sido objeto de una restauración integral entre mayo y noviembre de 2021.
En el año 1606 este templo se vio ennoblecido con el traslado de la Abadía existente en Husillos (Palencia) a Ampudia con categoría de Colegiata nullius diocesis (esto es, no dependiente de ningún obispado). Su promotor fue D. Francisco de Sandoval y Rojas, Duque de Lerma, señor de la villa en esos años, el Papa Paulo V sancionó la fundación y la dotación de 33 prebendas o cargos para la misma, un Abad, 4 ·”Dignidades” (Prior, Chantre, Tesorero y Maestrescuela), 12 canónigos, 8 capellanes y 8 racioneros; las personas destinadas a estos cargos eran propuestas directamente por el Duque de Lerma y sus sucesores en el señorío de la villa El templo experimentó algunas reformas para su adaptación a esta nueva situación: se construyó el coro en el lugar que se conserva, también una sala capitular para las reuniones del cabildo, se encargó un nuevo retablo para la capilla mayor y otras obras menores.
La institución se desarrolló con etapas de esplendor y otras más difíciles hasta que las leyes desamortizadoras del siglo XIX la privaron de parte sustancial de sus fuentes de ingresos. En 1864 fue suprimida y el templo pasó a depender del Obispado de Palencia como simple parroquia.
El 20 de agosto de 1954 parte de este templo se derrumbó al ceder una de las columnas principales. Las obras de reconstrucción corrieron a cargo del arquitecto diocesano Antonio Font de Bedoya y duraron cuatro años, durante los cuales, el culto se celebró en la Ermita de La Cruz, edificio anejo a la iglesia que actualmente ocupa (desde 2002) el Ayuntamiento de la Villa.
